一种水下三自由度机械臂的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水下机器人技术领域，特别涉及一种水下三自由度机械臂。
【背景技术】
[0002]三自由度机械臂是水下机器人进行水下工作时的作业工具，整个机械臂拥有小臂的俯仰运动，手腕的回转运动以及爪部的开合运动共3个自由度，水下多轴的机械臂，大多以液压系统作为其动力源；如中国专利号104084947A公开的一种七功能水下机械臂系统，包括手爪、腕、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节，第一关节包括底座、第一液压缸，第二关节包括第一连杆、第二液压缸，第三关节包括第二连杆、第三液压缸，第四关节包括第三连杆、第四液压缸，第五关节包括第四连杆、第五液压缸；第一液压缸安装在底座上，第一液压缸的单出杆活塞与第一连接杆相连，第二液压缸安装在第一连接杆上，第二液压缸的单出杆活塞与第二连接杆相连，第三液压缸安装在第二连杆上，第三液压缸单出杆活塞与第三连接杆相连，第四液压缸安装在第三连杆上，第四液压缸的单出杆活塞与第四连接杆相连，第五液压缸安装在第四连杆上，腕包括连接件、旋转马达、第五连接杆，旋转马达固定在第五连接杆上，连接件与旋转马达的输出端相连，第五液压缸的单出杆活塞与第五连接杆相连，手爪相对布置的面上均设置锯齿结构。
[0003]然而液压系统体积庞大，重量较大，难以与中小型水下机器人相匹配；另外，以液压系统作为动力源的三自由度机械臂有余零件众多，零件加工较为复杂，使机械臂加工和维修的成本较高。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种水下三自由度机械臂，相比于水下机械臂常用的液压系统，本机械臂采用细长型的直流减速电机作为动力源，将各部件进行模块化设计，方便装配和检修；各节臂的壳体均采用圆柱形的外形，使壳体内部空间得到了充分的利用，减轻了整体结构的重量，零部件空间布置合理，结构紧凑；与俯仰控制机构连接的俯仰驱动单元的布置方式可以选择电机与关节输出轴平行布置或电机与关节输出轴垂直布置，平行布置时会使整个关节外径尺寸变大，增大整个机械臂重量，并会使机械臂运动时受到的水阻力增加；垂直布置时可以考虑蜗轮蜗杆和锥齿轮两种传动方式，但由于减速电机输出的扭矩较大，对传动机构要求较高，且应用于水下时齿轮箱涉及到密封问题，该两种种传动方式并不合适，因此本实用新型中采用丝杆传动的方式杆将电机旋转运动转化为螺母的直线运动，利用连杆实现小臂的俯仰动作；该种传动方式自带限位和自锁功能，能够保证动作的准确性，并且丝杆传动对减速机输出运动进行了进一步的减速，降低了对行星齿轮箱和电机的要求。
[0005]为解决上述问题，本实用新型提供以下技术方案:
[0006]一种水下三自由度机械臂，包括大臂壳体、小臂壳体、腕部壳体、用于连接大臂壳体和小臂壳体的俯仰控制装置、用于连接小臂壳体和腕部壳体的回转控制装置、用于连接小臂壳体和腕部壳体的开合控制装置以及可旋转式的安装于开合控制装置上的手爪；所述大臂壳体、小臂壳体和腕部壳体均为圆筒形壳体。
[0007]进一步地，所述俯仰控制装置包括设于大臂壳体内的俯仰驱动单元和设于大臂壳体前部并与俯仰驱动单元传动连接的第一丝杆传动机构；所述大臂壳体的前部通过螺钉安装有大臂密封法兰和大臂减速机法兰；所述俯仰驱动单元通过螺钉与大臂减速机法兰连接；所述第一丝杆传动机构通过螺钉与大臂密封法兰连接。
[0008]进一步地，所述俯仰驱动单元包括设有大臂壳体内的大臂减速机、大臂电机和大臂编码器；所述大臂减速机通过螺钉固定于大臂减速机法兰上；所述大臂减速机的输出轴上安装有大臂减速机联轴器，大臂减速机联轴器依次穿过大臂减速机法兰和大臂密封法兰延伸至大臂壳体外部；所述大臂密封法兰与大减速机联轴器之间安装有密封圈。
[0009]进一步地，所述第一丝杆传动机构包括通过螺钉与大臂密封法兰连接的第一框架、通过螺钉固定于第一框架内的第一端块组、安装于第一端块组上的第一丝杆、套设于第一丝杆上的第一丝杆滑块、可旋转式的安装于第一框架前部的抱箍和连接第一丝杆滑块和抱箍的第一连杆；所述第一丝杆的输入端与大臂减速机联轴器连接；所述抱箍与小臂壳体固定连接。
[0010]进一步地，所述回转控制装置包括设于小臂壳体内的回转驱动单元；所述回转驱动单元包括设有小臂壳体内的小臂减速机、小臂电机和小臂编码器；所述小臂壳体的前部通过螺钉安装有小臂密封法兰、小臂减速机法兰和小臂套筒；所述小臂壳体的后部安装有水密电连接器；所述小臂减速机通过螺钉固定于小臂减速机法兰上；所述小臂套筒的端部安装有挡板；所述小臂套筒内间隙配合有滑动轴承；所述腕部壳体的后部间隙配合于滑动轴承内；所述腕部壳体的后端部一体成型有联轴部，联轴部依次贯穿挡板、小臂密封法兰和小臂减速机法兰与小臂减速机的输出轴连接；所述小臂密封法兰与联轴部之间设有安装有密封圈。
[0011]进一步地，所述开合控制装置包括设有腕部壳体内的开合驱动单元和设有腕部壳体前部并与开合控制器传动连接的第二丝杆传动机构；所述腕部壳体的前部通过螺钉固定有腕部密封法兰和腕部减速机法兰；所述开合驱动单元通过螺钉与腕部减速机法兰连接；所述第二丝杆传动机构通过螺钉与腕部密封法兰连接。
[0012]进一步地，所述开合驱动单元包括设于腕部壳体内的腕部减速机、腕部电机和腕部编码器；所述腕部减速机通过螺钉固定于腕部减速机法兰上；所述腕部减速机的输出轴上安装有腕部减速机联轴器，腕部减速机联轴器依次穿过腕部减速机法兰和腕部密封法兰延伸至腕部壳体外部；所述腕部密封法兰与腕部减速机联轴器之间安装有密封圈。
[0013]进一步地，所述第二丝杆传动机构包括通过螺钉与腕部密封法兰连接的第二框架、通过螺钉固定于第二框架内的第二端块组、安装于第二端块组上的第二丝杆、套设于第二丝杆上的第二丝杆滑块和连接第二丝杆滑块和手爪的第二连杆。
[0014]有益效果:本实用新型的一种水下三自由度机械臂各节臂的壳体均采用圆柱形的外形，使壳体内部空间得到了充分的利用，减轻了整体结构的重量，零部件空间布置合理，结构紧凑；丝杆传动方式将减速电机的旋转运动转化为丝杆滑块的直线运动，利用连杆实现小臂的俯仰动作、腕部的回转动作以及手抓的开合动作；该种传动方式自带限位和自锁功能，能够保证动作的准确性，并且丝杆传动对减速机输出运动进行了进一步的减速，降低了对行星齿轮箱和电机的要求。
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的外形结构示意图；
[0016]图2为本实用新型中俯仰控制装置的剖视结构示意图；
[0017]图3为本实用新型中回转控制装置的剖视结构示意图；
[0018]图4为本实用新型中开合控制装置的剖视结构示意图；
[0019]附图标记说明:大臂壳体1，大臂密封法兰11，大臂减速机法兰12，小臂壳体2，小臂密封法兰21，小臂减速机法兰22，小臂套筒23，水密电连机器24，挡板25，滑动轴承26，腕部壳体3，联轴部31，腕部密封法兰32，腕部减速机法兰33，手爪4，俯仰控制装置5，大臂减速机51a，大臂电机51b，大臂编码器51c，大臂减速机联轴器51d，第一框架52a，第一端块组52b，第一丝杆52c，第一丝杆滑块52d，第一连杆52e，抱箍52f，回转控制装置6，小臂减速机61a，小臂电机61b，小臂编码器61c，开合控制装置7，腕部减速机71a，腕部电机71b，腕部编码器71c，腕部减速机联轴器71d，第二框架72a，第二端块组72b，第二丝杆72c，第二丝杆滑块72d，第二连杆72e。
具体实施例
[0020]下面结合说明书附图和实施例，对本实用新型的具体实施例做进一步详细描述:
[0021]参照图1所示的一种水下三自由度机械臂，包括大臂壳体1、小臂壳体2、腕部壳体3、用于连接大臂壳体I和小臂壳体2的俯仰控制装置5、用于连接小臂壳体2和腕部壳体3的回转控制装置6、用于连接小臂壳体2和腕部壳体3的开合控制装置7以及可旋转式的安装于开合控制装置7上的手爪4 ;所述大臂壳体1、小臂壳体2和腕部壳体3均为圆筒形壳体。
[0022]参照图2所示，所述俯仰控制装置5包括设于大臂壳体I内的俯仰驱动单元和设于大臂壳体I前部并与俯仰驱动单元传动连接的第一丝杆传动机构；所述大臂壳体I的前部通过螺钉安装有大臂密封法兰11和大臂减速机法兰12 ;所述俯仰驱动单元通过螺钉与大臂减速机法兰12连接；所述第一丝杆传动机构通过螺钉与大臂密封法兰11连接。
[0023]所述俯仰驱动单元包括设有大臂壳体I内的大臂减速机51a、大臂电机51b和大臂编码器51c ;所述大臂减速机51a通过螺钉固定于大臂减速机法兰12上；所述大臂减速机51a的输出轴上安装有大臂减速机联轴器51d，大臂减速机联轴器51d依次穿过大臂减速机法兰12和大臂密封法兰11延伸至大臂壳体I外部；所述大臂密封法兰11与大减速机联轴器之间安装有密封圈。
[0024]所述第一丝杆传动机构包括通过螺钉与大臂密封法兰11连接的第一框架52a、通过螺钉固定于第一框架52a内的第一端块组52b、安装于第一端块组52b上的第一丝杆52c、套设于第一丝杆52c上的第一丝杆滑块52d、可旋转式的安装于第一框架52a前部的抱箍52f和连接第一丝杆滑块52d和抱箍52f的第一连杆52e ;所述第一丝杆52c的输入端与大臂减速机联轴器51d连接；所述抱箍52f与小臂壳体2固定连接。
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